[发明专利]一种考虑增量负荷分配的联合分阶段供暖改造规划方法

权利要求书

1.一种考虑增量负荷分配的联合分阶段供暖改造规划方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)基于发电能源结构和清洁能源实际发电量构建了“煤改电”新增电量精细化分析模型，并在此基础上提出了一种“煤改电”新增电量精细化分析方法；

在步骤1)中，为精确表征“煤改电”过程中新增电量的分配情况，定义“煤改电”新增火电电量系数，该新增火电电量系数作为详细计算“煤改电”所带来的经济、环境、能源成本的重要参数；

在步骤1)中，所提出的一种“煤改电”新增电量精细化分析方法，其具体过程如下：

1-1)基于区域内发电能源结构和清洁能源发电情况的统计分析，对区域内“煤改电”新增火电电量系数进行定义：

其中：

式中：α为“煤改电”新增火电电量系数；ΔW_c为“煤改电”产生的新增火电发电量；ΔW_z为“煤改电”产生的新增总发电量；P^E(t)为典型日内的“煤改电”总增量用电负荷；P^W(t)为区域电网内的清洁能源总弃电负荷；

1-2)分别建立区域内的“煤改电”总增量用电负荷和区域电网内的清洁能源总弃电负荷的数学表达方式；

①区域内的“煤改电”总增量用电负荷的数学模型为：

式中：N^E为“煤改电”的用户数量；为单位“煤改电”用户的增量用电负荷，其取值根据典型日单位电供暖用户的供暖热负荷需求计算得到；

②考虑到对于一个区域电网而言，其清洁能源电厂存在区域内和区域外之分，因此，区域电网内的清洁能源总弃电负荷的数学模型为：

式中：P_i^IW(t)、分别为典型日区域内清洁能源电厂i的弃电负荷和区域外电厂j的弃电负荷；分别为区域内和区域外存在弃电问题的清洁能源电厂数量；

区域外清洁能源电厂向区域电网供电时，其供电负荷会受到输电断面热稳极限的制约，同时，假设区域内网架建设合理，区域内清洁能源电厂供电不存在卡脖子现象，那么在典型日内某时刻下给区域电网供电的区域外各清洁能源电厂的弃电负荷为：

式中：为典型日内t_a时的区域外清洁能源电厂j的弃电负荷；为t_a时各清洁能源电厂的最大弃电负荷；为区域外各清洁能源电厂输送到该区域的输电断面热稳极限，

1-3)基于上述模型对区域内“煤改电”产生的新增电量中火电占比进行精细化计算求解，将公式(2)-(6)代入到公式(1)中可得“煤改电”新增火电电量系数：

步骤2)以“煤改电”、“煤改气”分阶段改造方案为决策变量，以用户供暖支出的经济成本、供暖改造的环境成本和能源成本为优化目标，构建“煤改电”、“煤改气”联合分阶段规划模型；

在步骤2)中，以用户供暖支出的经济成本、供暖改造的环境成本和能源成本最小为优化目标，考虑天然气、供暖、输电网络的相关约束条件，构建“煤改电”、“煤改气”联合分阶段规划模型；

在步骤2)中，构建的目标函数为：

式中：分别为第q阶段内改造完成的“煤改电”和“煤改气”的用户数量；C^C为经济成本指标；C^N为能源成本指标；C^E为环境成本指标；

约束条件如下：

天然气最大供给容量约束为：

对于一个区域而言，受现阶段天然气开发能力、输气管道建设、非供暖用天然气负荷、外购力度因素的影响，每个供暖改造阶段内供暖用天然气容量受区域内外天然气最大供给容量的限制，

式中：分别为第q阶段区域内天然气最大供给容量和区域外天然气最大供给容量，

增量用电负荷约束为：

区域内各阶段“煤改电”增量用电负荷总量不得高于其最大供电负荷，

式中：为区域内第q阶段“煤改电”增量用电负荷；为非供暖用电负荷；为最大供电负荷，

供暖负荷平衡约束为：

式中：分别为区域内第q阶段的电供暖负荷、天然气供暖负荷和燃煤供暖负荷；为区域内供暖负荷总需求；

其中，经济成本指标为：

C^C＝C^CI+C^CO (9)

式中：C^CI为用户承担的供暖设施改造投资成本；C^CO为规划周期内各种供暖设备的运行成本，

①投资成本主要包括：考虑政府补贴后，用户承担的设备购买安装、保暖改造、线路改造、管道铺设总成本，考虑资金的时间价值，其计算公式如下：

其中：

式中：分别为第q阶段“煤改电”和“煤改气”的改造投资成本；分别为第q阶段第p户“煤改电”用户和第h户“煤改气”用户的改造投资成本；Q为规划期内划分的阶段数；δ_q为净现值转化因子；r为贴现率，

②运行成本主要包括：“煤改电”用户的购电成本、“煤改气”用户的购气成本、传统燃煤用户购煤成本，计算公式如下：

其中：

式中：分别为第q阶段内“煤改电”、“煤改气”和燃煤供暖的运行成本；和分别为第q阶段整个供暖期内第p户“煤改电”用户的峰时段和谷时段用电量；G_q,h、F_q,l分别为第q阶段第h户“煤改气”用户的用气量、第l户未改造用户的用煤量；为第q阶段第h户“煤改气”用户的日均用气量、第l户未改造用户的日均用煤量；t_q为第q阶段的供暖时长；第g^G、g^F、g^EP和g^EV分别为天然气、煤、峰时段和谷时段用电的单位价格；分别为前q个阶段共完成改造的“煤改电”和“煤改电气”的总用户数量；分别为第q阶段整个供暖期内第p户“煤改电”用户的峰时段电负荷和谷时段电负荷，分别为第q、q-1阶段改造完成后剩余未改造的用户数量，即仍采用燃煤供暖的用户，

其中，能源成本指标为：

式中：C^NG、分别为规划期内“煤改气”用户消耗的天然气量、燃煤供暖用户的煤耗量、燃煤火电机组发出“煤改电”所需电能而产生的煤耗量；λ_G、λ_F分别为天然气和煤的折标准煤系数，

其中，各种化石能源消耗量计算如下：

式中：α_q为第q阶段的“煤改电”新增火电电量系数；γ_F为燃煤火电机组发出单位电量时的耗煤量；为第q阶段内“煤改电”用户的总耗电量，其计算公式如下：

其中，环境成本指标为：

其中：

式中：ξ为污染物的种类；z_d为第d种污染物的排放权重因子；为第d种污染物的排放量；和分别为燃气供暖单位气耗量、燃煤直接供暖单位煤耗量、燃煤火电机组单位煤耗量所排放的第d种污染物的量；

步骤3)利用向量序优化算法对模型进行求解。